第8回05/04/15

藤本　浩志(Hiroshi Fujimoto)

早稲田大学人間科学学術院教授

■人間に役立つモノづくりは、まず人間の機能を知ることから

　私は、本学理工学部の学生時代から、修士、博士、そして今日に至るまで、障害を持った方々のために工学をどう活かせるかという研究テーマに係わってきました。私の恩師はロボットの世界的な先駆者である加藤一郎先生なのですが、先生はロボット技術の応用の一つの大きな柱として医療福祉分野への貢献を目指しておられました。このようなテーマの中に義足の開発研究がありました。膝から上で切断した場合には大腿義足と呼びますが、平らな面については、膝の関節に適度に摩擦をかける機能さえあれば、自分の股関節で大腿部を前方に振り出すことで結構うまく歩行できます。このタイプの義足は受動義足といって市販品がたくさん出ています。しかし、生活空間の中ではこれだけでは不便があって、段差や階段を上がる場合などは関節部にモーターを組み込んで能動的に動かす能動義足が必要になってきます。

　ロボットの技術を利用すればかなり上手な動きが実現できます。しかし失った下肢と同じくらいの大きさや重さの中に人間と同じような機能を持たせるとなると、運動機能に限ってもこれがなかなか難しい。その意味から義足や義手については、ロボット技術の進歩の恩恵を簡単には受けられない難しい領域とも言えます。私はロボット技術による人工の下肢の開発と同じくらいに、人間に備わった優れた機能の解明にも惹かれ、学部の卒業論文で義足の開発研究に取り組みました。結局、それから20年以上にわたって、障害を持った方々の自立を支援するために工学ができること、今ふうにいえば「福祉工学」や「生活支援工学」というフィールドにこだわりを持ち続けてきたわけです。

図１　能動義足の研究事例

図２　ヒトの硬さ識別特性に関する研究

　義足というのは、人間が失った部分の代わりになるものですから、やはりまず人間は実際のところどのように動いているのかを知る必要があります。実際、健常者が関節でどの程度のトルクを発生させて運動しているのかが分からないとハードウェアの設計すらできません。このように人間の運動機能を理解すること、また代替機器である義足を開発することの両面で学生時代から取り組んできました。現在も、国立身体障害者リハビリテーションセンターや、大手の義肢メーカーの方々と一緒に共同研究に取り組んでいます。

　このほかにも、学生時代に係わったテーマに、硬さや軟らかさを検知する皮膚感覚の研究があります。博士課程の学生のときに第二の研究テーマとして、乳癌触診ロボットの開発研究にかかわったことがそもそものきっかけです。プロの外科医は、手で触った感覚で乳癌を見分けているのですが、一体どういう感触でそれを識別しているのか、どんな硬さ、大きさ、形状なら癌の腫瘍と判断できるのかを解明して、同じことをロボットにやらせてみようという先駆的な取り組みでした。当時、癌研附属病院と共同で臨床実験までもっていきましたが、大変に難しいシステムで残念ながら実用化には至りませんでした。

　このような経験のせいか、今なおこの硬さ軟らかさという皮膚感覚の研究には、強いこだわりがあります。工業用のセンサーがどちらかといえば「硬さ」の計測に強いのに対して、人間は「軟らかさ」の識別に秀でています。ゼリー状のような微妙な軟らかさの違い、あるいはヒト自身の皮膚組織の軟らかさの違いを、皮膚組織内に分布している４種類の感覚受容器で巧妙に知覚しているのです。この人間に備わった硬さ・軟らかさを識別する能力を客観的なデータとして表すためには比較対象物が必要です。そこで私の研究室では他には例をみない評価実験用のサンプルの製作にまず着手しました。具体的には、熱可塑性樹脂を用いて、微妙な硬度の違いを調整できる技術なのですが、このように人間の機能を明らかにしようとすると、まずそのための装置や道具を作ることから始めなければならないことが多いです。それはまさに今まで知られていない特性を測るからなのですが、このような地道な方法論も研究の王道の一つと信じています。

　ところでこうやって振り返って考えてみると、義足の研究にしても、皮膚感覚の研究にしても、今やっている研究テーマは考えようによって恩師の下でやっていたことの枠組みからあまり出ていないなあと改めて感じさせられます。自分ではもう脱皮して新しいことに取り組んでいるつもりでも、やはりベースになっている問題意識のところには恩師の影響が大きいということに今更ながら気づかされます。もちろんそこには、福祉工学という分野の難しさ、奥深さがあります。生物や人間がやっていることの仕組み、特に人間に備わっている様々な機能というのは本当にうまく出来ていて、このメカニズムの解明やその応用は工学の一分野に留まらず広く人間科学という枠組みで捉えるべき遠大なテーマでしょう。

■判読しやすい点字を追究するために、本格的なサンプル開発にまで踏み込む

　視覚障害の方には中途失明の方が少なくありません。視覚障害者の方の文字として最も一般的なのが点字ですが、特に中途失明の場合、点字識字率があまり高くありません。これはそもそも点字の読みやすさに関する指針がなく、点字そのものの学習の難しさが学習意欲の挫折を招いていると思われます。これではまずいのではないかと考え、現在、点字の読みやすさ、あるいは読みやすくする方法に関する研究に取り組んでいます。

　点字研究のきっかけになったのは、高田馬場の理工学部のほど近くにある、日本点字図書館の方々との交流でした。前の職場にいるとき、当時の館長さんと仕事上での交流がありました。館長とのお話の中で、点字プリンタが数社から実用化されているのだけれど紙の点字が標準化されておらず人によって機種に好みがあるということを伺いました。門外漢としてはどれも同じだと思っていた点字がどうやらそうではなさそうだと教えられたわけです。エンジニアの立場としては点字形状が機種によって異なるということだろうから、測ってみれば何か大事なことがわかるのではないかと考え、さっそく私の研究室の第１期生の卒業研究として取り上げました。まず手始めに点字の微細な形状の３次元データを計測する装置を開発しました。このあたりはロボットをやっていた者としては得意分野です。

　点字図書館の方にお願いして、機種ごとに点字を打ち出したサンプルをいただき、計測データを比較してみたところ、形状は、台形状になっているもの、丸みを帯びているもの、尖っていて円錐状に近いものの３種類に分類できることがわかりました。また、客観的な読みやすさの評価データをとって、より読みやすい紙点字の形状・高さ・点間隔の関係を明らかにするため、これらの条件のあらゆる組み合わせの点字を作成し、評価実験に行いました。そんな地道な取り組みをしながら、日本点字図書館と交流を持たせていただく中でいろいろなお話を伺う機会に恵まれ、問題点や可能性を議論するうちに、今後は紙だけではなく樹脂製の点字も普及してくるだろうという話題になりました。

　具体的には、スクリーン印刷方式（※）に無色透明な紫外線硬化樹脂インクを用いた点字（ＵＶ点字）のことです。この点字は、無色透明で様々な素材に印刷でき、一般印刷物上の墨字（晴眼者が読む文字）に併記可能であることが利点で共用品として普及することが期待されています。実際に食料品や医薬品のパッケージやレストランのメニューにも印刷されています。そこで、我われも紙点字で得た点字の読みやすさに関する知見や方法論を元に、この樹脂製点字の読みやすさの指針を示すべく、さらに研究に取り組むことにしました。
（※スクリーン印刷は微細な穴の開いた版からインクを印刷素材に転写する方式）

　まずは、読みやすいＵＶ点字の文字サイズ、すなわち高さや点間隔を調べることにしました。そのために、様々な高さと点間隔の組み合わせでＵＶ点字の評価サンプルを作る必要がありました。そこで、日本点字図書館でＵＶ点字印刷のパイオニアと言われている印刷会社をご紹介いただき、その工場を訪ねて社長さんにサンプル製造をお願いしました。しかし、「社としても必ずしもいろんな高さや間隔の点字を印刷しているわけではないから、自分達でＵＶ点字の印刷に取り組んでみたらどうか。そうすれば欲しいサンプルをいつでも好きなだけ作れるじゃないか」と、ハッパをかけられてしまいました。そして、その場で社長さんが印刷技術のノウハウを一生懸命教えて下さいました。早速、我われは大学の研究室で印刷装置を製作し、試行錯誤を繰り返しながら任意の高さや間隔のＵＶ点字を印刷する技術を確立しました。

　しかし、ＵＶ点字のサンプル一式を作るまでが、一苦労でした。大学院修士課程の学生が一人、一年間をまるまる費やしてこの印刷技術を確立しました。学生にとっては大変に地味な仕事だったはずですがで、確立した印刷技術はそのまま研究成果として論文にもなり、また何よりも今後の研究の展開の可能性を支える強力なツールを確立することができました。そして、この印刷技術をベースにして作成したサンプルを用いて、識別しやすいＵＶ点字の文字サイズを明らかにすることができました。その知見が、2004年6月に制定されたＵＶ点字の品質に関するＪＩＳの参考データとして取り上げられました。

図３　紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂を用いたヒトの皮膚感覚に基づく識別容易性の検討
紫外線硬化樹脂インクを用いたスクリーン印刷技術は，晴眼者と視覚障害者が同じ印刷物の情報を共有
できるため、ユニバーサルデザインの観点からも注目されている。様々な素材に印刷することが可能で、
券売機・階段の手摺りなど公共施設での採用をはじめ、広く生活汎用品レベルでも普及しつつある。研
究室では、触読しやすいＵＶ点字の点間隔・高さについて明らかにするための定量的評価を行っている。

■障害を持った方々との交流とそれに基づく信頼関係が、思わぬアイデアの発見に繋がった

　また、視覚障害の方々と直接お会いして話しているうちに、思いがけない発見もありました。ＵＶ点字には、指先の滑りの悪い素材に印刷されたものでは指先が引っかかり読みにくいという問題があり、人それぞれに読み方を工夫しているということを知ったのです。指先を滑りやすくするために「パウダーを振ると読みやすくなる」「私はティッシュを挟むと読みやすい気がする」といった声を聞くことができました。つまり、点字は指を滑らせながら読みますが、印刷素材によっては指の引っかかりが余計なノイズになって点字の突起の刺激が指先に伝わりにくくなるのです。だから滑りを良くして引っかかりを無くせば、ノイズが減って必要な点字の突起の刺激が指先に伝わりやすくなるというわけです。

　乳癌触診ロボットの開発をしていたときにも同様のアイデアを持っていましたので、一瞬パッと光が差すようなひらめきを感じました。これがヒントになって、点字触読支援指サックという、薄い布を指サックのような形状に縫ったものを開発しました。これを指先に着けるだけで点字が読みやすくなり、評価実験にご協力いただいた中途失明の中高年の方々からも「これはいい、これは欲しいな」と言ってもらえるほど評価していただくことができました。また実験データの分析からも触読スピードが倍ほど速くなることがわかり、現在、実用化へ向けた技術移転を進めています。こんな発見ができたのも、やはり障害者支援の現場の方々との信頼関係を大切にし、いろいろなお話を伺うことができたからこそでしょう。

　また、ＵＶ点字印刷技術を確立したことで、その後の展開として点字のみならず線や面、さらに記号なども自由にＵＶで作成し評価することが可能となりました。視覚障害の方が触って空間情報を入手するツールである「触知図」についても、点字と同様に分かりやすい触知図の開発・評価研究を進めています。触知図は、公共施設や商業施設の案内マップや案内板として普及しつつありますが、まだ使用上の様々な問題があります。その中でも、触知図上で用いられている記号（触知記号）が印刷業者によってバラバラであることが大きな問題となっており、触知記号に関する標準化が検討されています。現在、私自身、このＪＩＳ原案作成委員会の委員長を仰せつかり、製作者、設置者、利用者など様々な立場の方に委員としてご参加いただき、現在地の記号、トイレの記号など、触知記号のＪＩＳ化に向けて、全国的に印刷業者に協力してもらって触知記号の事例収集を行ったり、利用者調査を実施したりしながら議論を重ねています。2005年度中にはＪＩＳの原案をまとめる計画です。

　被験者として障害者の方々に協力いただくのはもちろんですが、エンドユーザとしての彼らの声にも真摯に耳を傾ける必要があります。以前、旧通産省で１年間、国の医療福祉機器開発プロジェクトの運営にかかわっていた時につくづく感じたのが、研究者やエンジニアが提案してくる申請には開発者側のシーズ主導型の計画が中心になりがちだという点です。いくら高度な技術でも、ユーザである障害者の方々が日常抱いている「こんなことに困っている」というニーズをうまく汲み取りそこへ繋げていかないと本当に役に立つ成果になりにくいものです。

　プロジェクトの規模の大小にかかわらず、ユーザの声を丁寧に活かしながら行われた研究は、小さくても良い成果を生みます。先ほどの点字を読むための「パウダーを振る」「ティッシュを挟む」といった表現を耳にしても、エンジニア側が独自に問題意識を持って注意深くアンテナを張っていないと聞き流してしまいがちです。幸いにもこの件については私はうまく捕らえることができただけで、他に見過ごしていることも多いかもしれません。研究者は信頼関係に基づいたエンドユーザとの接点を大切にして、作り手の思いこみによる研究にはならないよう常に注意が必要です。

図４　自作したスクリーン印刷機による点字・触知図の印刷

図５　触知図の一例

■学際的な研究の機会が広がる中で、ロボットへの夢が膨らむ

　早稲田大学はワボットやヒューマノイドといった成果に代表されるロボット研究の有力拠点の一つですが、私の研究室のようなアプローチをしているメンバーがいることで、いわゆるロボット工学の研究者たちとの共存共栄にも繋がるのではないかと考えています。文部科学省の21世紀COEに採択された本学の「超高齢社会における人とロボット技術の共生」のプロジェクトには、私も理工以外では唯一のメンバーとして参加しており、福祉工学や人間科学の側面からの貢献が期待されていることを実感しています。

　2004 年の１月には、この21世紀COEと東京都心身障害者福祉センターとの間で、福祉機器の研究開発に関する協定書を締結しました。この協定のおかげで、理工学部と明治通りを挟んだ向かい側にある同センター内の旧東京都補装具研究所の建物を、COEのラボとして貸していただいております。補装具研究所は、私も学生時代にはずいぶんと通ってお世話になったことがあり、何かの縁を感じています。現在、福祉センター内という立地を活かして先に述べた点字や触知図を評価する場として、また私の研究室の別の研究テーマになりますが人間の運動計測などを行う研究拠点として活用しています。

　運動計測ということでは、義足の開発研究で道具として用いた運動解析の手法で、視覚障害の方のためのガイドである「視覚障害者誘導ブロック」の評価も最近重視している研究テーマの一つです。歩道に埋設してある視覚障害者誘導ブロックは、視覚障害の方々には有用なものですが、足に障害のある方や車椅子の方、あるいは健常者にとっても逆に危険で負担を強いる環境となり得ます。しかし単にネガティブに言ってしまうのではなく、ガイドの機能を積極的に認めた上で何か客観的なデータに基づく改善点が提案できないかという問題意識から、あのブロック上を歩行するときにどんな身体的負担がかかっているのかを実際に計測し、代替的なアイデアを提案したりしています。我われの取ったデータからは、ブロックの凸凹が上に出ないよう地面に埋め込んでしまえば、視覚障害の方々へ必要な情報を伝える機能は残しつつが、歩行中の関節への負担を減らせるということが分かっています。

　さらにこの研究からは、でこぼこした面の上を歩く際の問題も明らかになりつつあります。つまり歩行中に不意に足部が傾いたりして捻挫したり転びそうになったりする問題です。ロボットの研究領域では、これはまさに二足歩行ロボットの不整地路面における歩行安定性の問題として捉えることもできます。私たちは研究テーマとして人間の足の土踏まずのアーチに着目し、歩行中の変形を解析したりもしました。この知見に基づいて、より安定な歩行ができる義足の提案にもつながっています。
　また先に紹介した硬さや軟らかさに関する皮膚感覚の研究は、ロボットの触覚センサーの問題解決への一手法でもあり、またバーチャルリアリティーの研究領域では視覚聴覚に次ぐ触覚のディスプレイへの可能性を秘めたものだと期待しています。
　言うまでもないことですが、人間に備わった様々な優れた機能を理解することは、まさにロボットという人工のシステムの研究に大きな示唆と方向性を与えるものです。

　これから異分野の研究者たちが連携する学際的な研究によって、福祉工学やユニバーサル・デザインの社会への寄与が大きく期待されていくことになるでしょう。
　早稲田大学のロボット研究は私の恩師が始めた一世代前以降脈々と大きな成果をあげてきており、今年の愛知万博でのデモンストレーションでも大変注目を集めています。こうしたいわゆるロボットの研究開発を立ち上げ推進する一方で、さらに恩師の偉大だったところは、冒頭で述べたように、同時に並行して医療福祉応用にいち早くロボット工学の知見を活かすことに挑戦し「福祉工学」という分野に先鞭をつけたことです。私は、今まで主に後者を選んで歩んできたわけですが、早稲田に戻ってロボット工学の最先端を切り開いてこられた同門の先輩方と再び接しているうちに、自分の研究成果をロボットの領域でかたちとして世に出すという夢も、面白くもあり同時に大切な方向性ではないだろうかという気がしています。

図６　視覚障害者誘導用ブロックが健常者の歩行に与える影響に関する研究

図７　Ｘ線ビデオ画像による土踏まずのアーチ変形の解析

図8　感度可変マウスに関する開発研究
マウスにプログラマブルICを組み込み、感度を随時下げられるようにした。マウス脇のスイッチ
を押すとポインタの移動スピードが遅くなるため、上肢にふるえの障害があるユーザでもターゲッ
トをクリックしやすくなる。健常者でもごく小さなターゲットを操作したい場合や、車中など振
動環境下での作業時等）への応用が考えられ、ユニバーサルデザインの一例と言うことができる。